对攀岩运动员不同负荷训练时上肢肌肉疲劳情况的肌电观察

田仙花 马楚虹

(1.浙江师范大学研究生学院，浙江 金华 321004；2.浙江师范大学体育与健康学院，浙江 金华 321004)

对攀岩运动员不同负荷训练时上肢肌肉疲劳情况的肌电观察

田仙花1马楚虹2

(1.浙江师范大学研究生学院，浙江 金华 321004；2.浙江师范大学体育与健康学院，浙江 金华 321004)

通过对攀岩运动员的上肢主要做功肌肉左右腕屈肌、左右腕伸肌的表面肌电信号(sEMG)进行分析，探讨不同负荷的运动诱发肌肉疲劳过程中sEMG信号变化特征及其与肌肉耐力运动的关系。

攀岩；肌电；训练；疲劳

攀岩运动是一项非常健康的集智力、体力并重的心智型体育项目，即徒手攀登岩壁，“Free Climbing”。这里指不依赖任何外在的辅助力量，只靠攀登者的自身力量完成攀登过程。一般认为，攀岩运动员的上肢肌群的在运动过程中，相对于其他运动肌群来说，很多时候要支撑整个身体的重量，运动负荷也就相应会比其他的运动肌群负荷要大。因而，也就更容易产生疲劳。本实验也相应采集了上肢的左右腕屈肌、左右腕伸肌的肌电信号作为实验分析的研究样本，用于观察不同运动负荷下的肌肉疲劳的情况。

1 研究目的和方法

1.1研究目的

对浙江师范大学攀岩队备战大学生攀岩比赛的运动员的上肢主要做功肌肉左右腕屈肌、左右腕伸肌的表面肌电sEMG信号进行分析，对不同运动负荷下的肌肉疲劳情况进行肌电观察，探讨不同负荷的运动诱发肌肉疲劳过程中sEMG信号变化特征及其与肌肉运动耐力的关系。静态运动负荷诱发肌肉疲劳过程中表面肌电信号(sEMG)疲劳相关特征变化的非疲劳特异性。

1.2研究方法

浙江师范大学攀岩队备战大学生攀岩比赛的运动员5名，采用在40%、60%和80%上肢肌群的MVC(最大肌力)强度下，进行上肢肌肉训练来诱发肌肉疲劳的产生，并同步采集左右腕屈肌、左右腕伸肌的肌电信号，利用Megawin软件进行平均功率频率MPF，中位频率MF，平均肌电AEMG的分析，同时利用SONY数码摄像机进行同步拍摄以备记录训练过程，整个实验阶段的频域和时域值的差异性利用t检验进行统计处理。

1.3研究对象

浙江师范大学攀岩队队员，其中所选测试队员都是即将参加全国大学生攀岩比赛的运动员。共选队员5名，其中男队员3名，女队员2名，年龄在20-22岁、专业训练年限为1-3年，身高男(174±0.5)m,女(165±0.5)m，体重男(62±2)kg,女(52±2)kg，纳入标准，运动员在测试前24h未进行剧烈运动，排除标准：急慢性运动损伤。

1.4实验方法

设计：对比研究

单位：浙江师范大学体育学院实验室

运动方式：实验测试中采集运动员上肢肌群的最大肌力后，适当休息后，同样是在标准动作姿势下进行,负荷强度分别为上肢肌群MVC的40%、60%和80%下,采集左右腕屈肌、左右腕伸肌的表面肌电信号。在表面肌电采集信号过程中，要求受试者尽力保持标准动作姿势和各规定关节角度不变直至运动结束(指受试者不能保持运动动作3S),其间让受试者随时报告自己主观疲劳感受，以确定左右腕屈肌、左右腕伸肌疲劳程度。

主要观察指标：

(1)不同负荷下攀岩运动员左右腕屈肌、左右腕伸肌肌肉MPF，MF，AEMG的比较。

(2)MPF，MF，AEMG与疲劳的关系。

2 结果

2.1参与者数量分析

共纳入5名测试者，进入分析保持为5名，无缺失值。

2.2测试开始及结束前的肌电信号变化

由三个阶段的肌电信号图可以明显看出，随着负荷的增加，各肌肉的肌电信号均表现出振幅逐渐升高的现象，肌电信号也随负荷的增加而逐渐变强烈。

Viitasalo(1978)发现，用30%MVC、50%MVC和70%MVC强度令股四头肌进行疲劳性等长收缩时，平均功率频率(MPF)随着工作时间的延长而降低，并且负荷越大降低越明显。柯菲因(Chaffin)等人发现60%MVC以上强度时，肌力与肌电也呈线性关系。但此时的直线斜率较大。而肌力在40-60%MVC时，肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了。

攀岩运动员在进行不同负荷运动时，40%MVC训练阶段的训练效果与60%MVC训练阶段的训练效果从肌电信号上来看差异并不大，而80%MVC训练阶段的训练效果学可以看到其与40%MVC和60%MVC有非常明显的差异，这是从训练持续的时间，和训练时肌电图的表现上看出，也由此可以看出本实验也验证了以上两位专家的定论。

2.3不同实验阶段MPF的比较(疲劳分析数据)

图1 40%、60%、80%上肢肌群MVC收缩至疲劳时，不同肌肉肌电MPF变化

从图1可知，所测肌肉80%阶段的MPF值均低于60%阶段,60%阶段又均低于40%阶段。而所测所有肌肉的在不同负荷阶段的MPF有随着负荷的逐渐增大而减小的趋势。由于该数据为计算机处理过的疲劳分析数据，由图可以看出四块肌肉的疲劳情况趋势为负荷越大，其MPF越低，而且在逐渐增加负荷的过程中，各肌肉的MPF均呈线性下降的趋势。

2.4不同实验阶段MF的比较(疲劳分析数据)

图2 40%、60%、80%上肢肌群MVC收缩至疲劳时，不同肌肉肌电MF变化

从图2可知，所测肌肉80%阶段的MF值均低于60%阶段,60%阶段又均低于40%阶段。而所测所有肌肉在不同负荷阶段的MF有随着负荷的逐渐增大而减小的趋势。由于该数据为计算机处理过的疲劳分析数据，由图可以看出四块肌肉的疲劳情况趋势为负荷越大，其MF越低，而且在逐渐增加负荷的过程中，各肌肉的MPF均呈线性下降的趋势。

3 讨论

多年来，应用sEM G信号分析评价肌肉疲劳的应用性研究主要集中在线性的时、频分析两个域。为定量刻画sEM G频谱或功率谱的变化特征，研究人员常采用以下项指标，即平均功率频率(Mean Power Frequency,MPF)和中位频率(Median Frequency,MF)。

本文采用sEMG来评价浙江师范大学攀岩队优秀运动员上肢肌疲劳情况。频域指标是sEMG分析中很重要的部分，研究认为，一般条件下，静态或是动态运动，伴随运动肌疲劳的发生而发展，表面肌电信号的频谱曲线可以发生不同程度的左移现象，并导致反映频谱曲线特征的MPF和MF产生下降。一般认为,当肌肉不能继续维持所要求的收缩力量或做功水平时即发生了疲劳。相对来说，攀岩运动是一项上肢与下肢协调用力的运动，在运动过程中，上肢相对于其他运动来说，很多时候要支撑整个身体的重量，运动负荷也就相对而言会比下肢的运动负荷要大。在本研究中各阶段的训练后，运动员均自己感觉到上肢已经疲劳，不能继续维持所要求的收缩力量，上肢肌肉感觉酸痛、发胀、无力，并有手直伸时发抖现象，肌肉疲劳通常是指该系统最大做功能力或者最大收缩能力的暂时下降,而肌肉疲劳的测量则是以系统对抗和克服阻力的能力下降为客观依据。肌电图显示肌肉各的MPF，MF相比，均明显下降，具有非常显著的差异。

肌肉在持续的收缩过程中，会逐渐进入疲劳状态。由于神经肌电活动方式将兴奋传递至肌肉引起肌电变化并伴随肌肉收缩，探索运动时肌肉疲劳出现过程中的肌电活动变化规律及特点，是监测运动性肌肉疲劳和研究疲劳机理必不可少的一种方法。大多数的研究结果表明：在完成相同负荷的工作状态下，肌肉疲劳时肌电的振幅增值增加。大多数学者对此的解释是：当肌肉疲劳时，为了保持规定的肌力，肌肉不得不动用更多的肌纤维参加运动，这样导致肌肉放电能力增大。据王健等报道，当MVC百分比逐渐增大时，肌肉运动单位的募集方式发生改变，快运动单位逐渐参与运动，而快肌纤维EMG振幅和频率均较慢肌纤维高，随着MVC百分比的增大，运动单位活动的同步化程度逐渐提高。而本实验也验证了这一观点，随着负荷的逐渐增大，EMG振幅和频率也增加，肌电图显示肌肉各的MPF，MF相比，均明显下降。

4 结论

攀岩运动员不同训练负荷阶段的左右腕屈肌、左右腕伸肌的肌电信号的比较，其频域指标MPF，MF变化一致，并都有左移现象。肌电信号可以反映攀岩训练上肢肌肉功能状况，可以评价肌肉动态负荷水平的生理学指标。

在研究肌肉持续工作至疲劳过程中发现，随着疲劳程度的加深，肌电信号的频谱左移，即平均功率频率(MPF)和中心频率(MF)降低。肌肉工作的负荷强度越大，疲劳的程度越大，MPF和MF降低越明显。

以上结果证明，频域指标在反映肌肉功能水平的差异上具有交好的灵敏性，而频域指标的下降可以提示肌肉的疲劳的产生。

[1] Clyde soles,CLIMBING:Training for peak Performance[M].北京：中国水利水电出版社,2005.

[2] 王健,刘加海.肌肉疲劳的表面肌电信号特征研究与展望[J].中国体育科技,2003,(39)2:4-7.

[3] 罗炯,金季春.表面肌电的处理方法及在体育科研中应用前景[J].福建体育科技,2005,(24)：2.

[4] 邴强，王健，楼珍芳．肌电疲劳阈(EMGFT)研究进展[J]．浙江体育科技，2001，(23)：1．

[5] 曲锦域，于长隆．实用运动医学[M]．北京：北京大学医学出版社，2003：548-9．

TheEvaluatingofSurfaceElectromyographyatDifferentTrainingLoadoftheUpper-LimbMuscleFatigueofRockClimbingAthletes

Tian Xianhua1，Ma Chuhong2

(1.Postgraduate Institute of Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,Zhejiang,China；2.College of P.E.Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,Zhejiang,China)

To analyze the surface electromyography (sEMG) signal of working upper-limb muscle of rock climbing athletes,the paper discusses the different peculiarity of surface electromyography during different training load making fatigue of muscle,and discusses the relations on the peculiarity and the endurance training of muscle.

rock climbing;electromyography;training;fatigue

2006-10-09

田仙花(1980-)，女，土家族，湖北人，在读硕士研究生，研究方向：运动测量与评价。